论长土坝碾压施工质量实时控制系统的实施

刘艳华　骆志勇　夏戴花

【摘要】为实现大坝填筑碾压的全过程、全天候、实时的在线监测与控制，确保大坝工程质量始终处于真实受控状态，开发引入了具有实时性、连续性、自动化、高精度等特点的土坝施工质量实时监控系统。本文主要通过实时监控系统功能开发、硬件设备配置、自主通讯组网方式、现场质量控制措施等方面进行了阐述。

【关键词】土坝；质量；实时控制

本工程位于柬埔寨东北部，工程枢纽主要有左右岸均质土坝、河床泄洪坝段、混凝土挡水坝段、河床式厂房、侧墙式接头等建筑物组成，坝顶全长6540m。为加强施工过程质量控制，开发引入了土坝碾压施工质量实时监控系统，为施工质量管理提供信息应用和支撑平台。

一、实时监控系统实施现状

国内类似的案例是糯扎渡心墙堆石坝建设实时监控系统和溧阳面板堆石坝建设实时监控系统，两个系统实现了堆石坝填筑碾压过程和坝料运输过程的实时监控；此外，武汉大学开发了清江水布垭沥青混凝土心墙坝填筑施工质量的GPS实时监控系统；应该说碾压质量实时监控系统是一种较为成熟稳定的技术，对于质量控制有着积极的作用。

二、本工程系统的功能开发与实现

由于该电站地处柬埔寨，公用网络质量差、信号差；需结合本工程特点研发基于自主通信网络的土坝填筑碾压质量数据实时采集技术；为大坝填筑碾压质量的全过程、精细化在线控制提供新的途径。该系统主要实现具体功能如下：

（1）动态监测仓面碾压机械运行轨迹、运行速度、振动状态，并在大坝仓面施工数字地图上可视化显示。

（2）根据自动测量的施工数据，对大坝填筑过程进行实时监控。当碾压机械运行速度、振动状态等不达标时，系统发送报警信息，以便及时指示返工或调整；

（3）在每仓施工结束后，输出碾压质量图形报表，包括碾压轨迹图、碾压遍数图、压实厚度图和压实后高程图等，作为仓面质量验收的辅助材料。

三、实时监控系统建设

土坝填筑碾压质量实时监控的实现依托于几个重要的组成部分，包括：监控指挥中心、指挥中心机房、定位基准站、数据传输中继站、碾压机械流动站等。详细布置情况如下。

（一）监控指挥中心

监控指挥中心主要由通讯网络设备、图形工作站监控终端和双向对讲机等组成；对现场碾压设备超速、激振不达标、碾压轨迹走偏等进行实时控制，实时监控现场碾压设备运行情况。

（二）指挥中心机房建设

指挥中心机房土坝填筑碾压质量实时监控系统的核心组成部分，其主要包括服务器系统、数据库系统、通讯系统、安全备份系统以及现场监控应用系统等。

（三）GPS差分基准站建设

GPS差分基准站是整个监测系统的“位置标准”。为了提高GPS接收机的计算精度，使用RTK（动态差分）技术，利用已知的基准点坐标来修正实时获得的测量结果。考虑现场维护的便利性及时效性，数据传输中继站与GPS差分基准站合并建设。

（四）碾压机械GPS监控终端安装

通过安装在碾压机械上的GPS接收机获得土坝填筑施工过程中碾压机位置、碾压前后高程、行进速度、碾压遍数等监测数据，通过激振力监测设备获得碾压机振动状态数据，然后将有效的观测结果，通过DTU数据传输装置连续、实时地（每1s一个数据）上传至中心数据库，供后续系统软件进行应用分析。碾压机械GPS监控终端监控精度可满足如下要求：（1）平面坐标精度：1～3 cm；（2）高程精度：2～4 cm；（3）1min定点采样，测定高程（h）精度：0. 5～1 cm；（4）计算铺层厚度的误差小于规定铺层厚度的10 %。

四、系统自主通信网络建设

根据大坝工程实践经验，针对海量碾压监控信息传输技术，传统通用分组无线服务（GPRS）网络在国内大部分地区均可满足数字大坝实际需求，但在部分欠发达地区仍存在不太理想情况，因此需要建立独立的数据传输方式。

（一）GPRS网络测试

针对桑河二级水电站特殊的地理环境，在现场进行了GPRS数据传输质量测试。测试结果如下：施工现场仅有Metfone（通信运营商）网络；发送文字信息平均需5～7s，预计对系统的正常应用具有较大的影响；在部分大坝基坑处，Metfone数据卡无法连接网络，无法利用GPRS网络传输实时信息。

（二）自主通讯网络测试

在左岸土坝左坝肩到右坝肩3公里范围内进行了自主网络测试，结果表明数据传输效果良好，满足系统要求。

（三）通信网络实施确定

经过对比分析，同时考虑到柬埔寨王国为欠发达地区，难以保证GPRS网络能有效覆盖整个工区，且难以保证系统正常运行；通过设立自主通信网络可有效避免以上种种不确定性问题，故采用了自主通讯网络，可有效提高数据传输效率和系统运行可靠性。

五、实时监控系统应用

通过实时质量控制系统的实施，增加了土坝填筑质量监控方式，能及时进行包括坝面碾压质量参数（含行车轨迹、碾压遍数、压实高程和压实厚度）的实时计算和分析；对于超标值进行及时预警处理。现场实施主要按照以下步骤进行：

（1）确定施工仓面，进行仓面划分。

（2）设定监控仓面的属性，开始接收监测信息。

（3）碾压过程信息自动采集和实时发送。

（4）对超速、激振力不符合标准现场及时进行报警，在监控指挥中心的监控终端的计算机上，同时报警信息。

（5）监控指挥中心实时计算和监控施工质量参数。

（6）对碾压遍数、压实厚度进行结果控制。

（7）仓面单元施工结束时，输出监控结果，作为质量验收的材料。

（8）将施工仓面的监控数据存储在数据库服务器中，供后续查询和分析。

结语

通过土坝填筑碾压监控系统的实施情况表明，各碾压参数监控指标控制较好，碾压质量控制效果明显，做到大坝填筑规范化施工，达到本项目预期目标。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家发展和改革委员会.碾压式土石坝设计规范DL/T5395-2007.

[2]國家能源局.碾压式土石坝施工规范DL/T5192-2013.

[3]国家能源局.水电水利工程施工测量规范DL/T 5173-2012.

[3]王飞、王乾伟.桑河二级水电站土坝填筑碾压质量实时监控系统建设方案.2015.01